JP2005174857A - Welding method for wound electrode for secondary battery, and welding head of resistance welder used therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車、自動二輪車などの電源に用いられる二次電池用捲回電極に係り、特に、捲回電極に集電体を電気抵抗溶接により溶接する技術に関する。 The present invention relates to a wound electrode for a secondary battery used for a power source of an automobile, a motorcycle or the like, and more particularly to a technique for welding a current collector to the wound electrode by electric resistance welding.
この種の二次電池としては、例えば、ニッケル水素化物電池が広く利用されている。このニッケル水素化物電池では、図8に示すような捲回電極10が用いられている。図9は、捲回電極10を渦巻き状に加工する前の捲回電極10の構成要素を示している。この捲回電極10は、それぞれ帯状の正極板2と負極板4とを幅方向にずらして重ね合わせるとともに、両者の間には絶縁体として帯状のセパレータ6を介在させたものを渦巻き状に曲げ加工してなる電極である。正極板2の外側端縁が正極になり、この外側端縁に沿って正極の集電タブ8が固着されている。同じように負極板4の外側端縁には負極の集電タブ9が固着されている。
As this type of secondary battery, for example, a nickel hydride battery is widely used. In this nickel hydride battery, a
捲回電極10の正極側、負極側には、それぞれ円盤状の集電体12がそれぞれ溶接されている。集電体12は、図10に示されるように、捲回電極10の外径よりも若干な直径のもつ円盤状の集電体であり、多数の溶接ポイントにて溶接できるように、集電体12には、半径方向に延びるスリット14が複数形成されている。
Disc-shaped
集電体12の中央部には、円形の穴13が形成され、この穴13の外側から放射状にスリット14が外周まで延びている。スリット14は、60°ずつ集電体12の中心に関して対称である。なお、集電体12の各スリット14では、両側長辺の縁部は直角に折れ曲げられた曲折部15が形成されている。
A
捲回電極10に集電体12を溶接するには、従来は、図11に示すような電極16a、16bをもった抵抗溶接機の溶接ヘッドをスリット14に押し当てながら電流を流して溶接している。
In order to weld the
抵抗溶接により集電体12を捲回電極10に溶接する場合、電極間に流れる電流が溶接に関与する有効電流と、関与しない無効電流とに分かれるという大きな問題がある。
When the
集電体12上の溶接ポイントの位置によって無効電流の電流値の大きさは変わってくる。一般的な傾向としては、集電体12の中心部に近い溶接ポイントほど無効電流は大きくなり、その反面、実際に溶接に使われる有効電流は小さくなる。これは、中心部に近くなると、スリット14を迂回して流れる電流が増えるのに対して、外周側ではスリット14により分断されて無効電流の流れる余地はなくなるからである。
The magnitude of the reactive current varies depending on the position of the welding point on the
集電体12上の各溶接ポイントは、いずれも必要十分な強度をもつように溶接される必要があるので、集電体12の中心部に近い溶接ポイントに最低限必要な電流が流れるように、全体として溶接電流を大きくしている。
Since each welding point on the
このような大きな電流を流すと、外側の溶接ポイントでは、無効電流が小さい分だけ必要以上の有効電流が流れるため、溶融した金属がスパッタとなって飛び散るという現象が起こる。このスパッタはスリット14から捲回電極10の中に入り込み、セパレータに付着して穴をあけ、電池短絡の原因となる。
When such a large current flows, an effective current more than necessary flows by an amount corresponding to a small reactive current at the outer welding point, so that a phenomenon occurs in which molten metal is spattered and scattered. This spatter enters the
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、集電体上の位置によらずに溶接時の電流のばらつきをなくし、スパッタの発生を防止し、不良品を発生率を大幅に低減できるようにした二次電池用捲回電極の溶接方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the problems of the prior art, to eliminate variations in current during welding regardless of the position on the current collector, to prevent the occurrence of spatter, and to generate defective products It is an object of the present invention to provide a method of welding a wound electrode for a secondary battery that can significantly reduce the battery.
また、本発明の他の目的は、スパッタの発生を防止し、不良品を発生率を大幅に低減できるように、上記捲回電極の溶接方法を実施するための抵抗溶接機の溶接ヘッドを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a welding head of a resistance welding machine for carrying out the above-described wound electrode welding method so as to prevent spattering and to greatly reduce the incidence of defective products. There is to do.
前記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータを間に介在させて渦巻き状に捲いてなる二次電池用の捲回電極に、放射状に延びる複数のスリットを有する集電体を抵抗溶接により溶接する方法であって、前記スリットに沿って溶接領域を略等分割し、抵抗溶接機の溶接電極に、分割した各溶接領域に溶接範囲を限定する溶接端面を持つ溶接電極を用い、スリット沿って前記溶接電極の位置を変えながら分割した溶接領域ごとに溶接することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a wound electrode for a secondary battery in which a strip-like positive electrode plate and a negative electrode plate are wound in a spiral shape with a separator interposed therebetween, A current collector having a plurality of slits extending in a direction is welded by resistance welding, and the welding region is substantially equally divided along the slits and welded to each welding region divided into welding electrodes of a resistance welder. A welding electrode having a welding end face that limits the above is used, and welding is performed for each of the divided welding regions while changing the position of the welding electrode along the slit.
また、請求項3に係る発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータを間に介在させて渦巻き状に捲いてなる二次電池用の捲回電極に、放射状に延びる複数のスリットを有する集電体を抵抗溶接により溶接する方法であって、異なる電気抵抗の金属を組み合わせてなる溶接電極を用い、内側の溶接領域に電気抵抗の高い方の金属を、外側の溶接領域に電気抵抗の低い方の金属を押し付け、前記両方の溶接領域を同時に抵抗溶接することを特徴とするものである。 The invention according to claim 3 has a plurality of radially extending slits in a wound electrode for a secondary battery in which a strip-like positive electrode plate and a negative electrode plate are wound in a spiral manner with a separator interposed therebetween. A method of welding current collectors by resistance welding, wherein a welding electrode comprising a combination of metals having different electric resistances is used, and a metal having a higher electric resistance is applied to the inner welding region and an electric resistance is applied to the outer welding region. The lower metal is pressed, and both the welding regions are simultaneously resistance-welded.
さらに、請求項4に係る発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータを間に介在させて渦巻き状に捲いてなる二次電池用の捲回電極に、放射状に延びる複数のスリットを有する集電体を抵抗溶接により溶接する方法であって、抵抗溶接の溶接電極に熱容量の十分に大きな溶接電極を用い、前記スリットに沿って溶接電極を押し付け、電圧を印加した後少なくとも500(msec)の間、前記溶接電極を押さえ込むことを特徴とするものである。 Further, the invention according to claim 4 has a plurality of radially extending slits in a wound electrode for a secondary battery in which a strip-like positive electrode plate and a negative electrode plate are wound in a spiral shape with a separator interposed therebetween. A method of welding a current collector by resistance welding, using a welding electrode having a sufficiently large heat capacity as a resistance welding welding electrode, pressing the welding electrode along the slit, and applying a voltage at least 500 (msec) During this period, the welding electrode is pressed down.
本発明によれば、集電体上の位置によらずに溶接電流のばらつきをなくすことができ、また、溶接電極で溶接部に発生した熱を吸収することにより、スパッタの発生を抑制できるので、スパッタのセパレータへの付着による穴あき等の不良品の発生率を大幅に低減できる。 According to the present invention, variation in welding current can be eliminated regardless of the position on the current collector, and generation of spatter can be suppressed by absorbing heat generated in the welded portion by the welding electrode. The occurrence rate of defective products such as holes due to adhesion of the sputter to the separator can be greatly reduced.
以下、本発明による二次電池用捲回電極の溶接方法の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第1実施形態
図1は、本実施形態の溶接方法に用いる抵抗溶接機の溶接ヘッドを示す。図2は、捲回電極10に溶接される集電体12を示す。 図1において、参照番号20は、溶接ヘッドのヘッド本体を示す。捲回電極10、集電体12は、図8乃至図10に示した従来の捲回電極、集電体と変わるところはないので、同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明は省略する。
Hereinafter, an embodiment of a method for welding a wound electrode for a secondary battery according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1st Embodiment FIG. 1: shows the welding head of the resistance welding machine used for the welding method of this embodiment. FIG. 2 shows the
このヘッド本体20の下端には、電極ホルダ21a、21bを介して一対の溶接電極22、22が取り付けられている。各溶接電極22、22は、それぞれ正極、負極の一組の電極から構成されている。
A pair of
図2に示すように、本実施の形態では、各スリット14に沿った溶接領域を内側溶接領域24と外側溶接領域26とに分割しているので、この分割した溶接領域に溶接範囲を限定するように、溶接電極22の寸法を設定している。特に、溶接電極22の縦横の幅、高さのうち、縦の幅はスリット14の長さの略半分である。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the welding region along each
また、電極ホルダ21a、21bは、ヘッド本体20の端面に形成された案内溝に沿ってスライド可能に取り付けられるとともに、ネジ止め等により固定できるようになっており、これにより、一対の溶接電極22、22の間隔を調整できるように構成されている。
The
次に、以上のように構成される溶接ヘッドを用いて実施する溶接方法について説明する。
本実施形態では、図2に示すように、集電体12について、各スリット14に沿った溶接領域を内側溶接領域24と外側溶接領域26に略二等分している。そして、内側溶接領域24を先に溶接する。
Next, the welding method implemented using the welding head comprised as mentioned above is demonstrated.
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, with respect to the
すなわち、溶接電極22、22の間隔を、集電体12の直径上にあるスリット14の内側溶接領域24同士の間隔に合わせておき、溶接ヘッド20を降下させて溶接電極22、22を集電体12の内側溶接領域24、24に押し付け電圧を印加し溶接を行う。
That is, the interval between the
次に、外側溶接領域26に溶接を行う場合には、溶接ヘッド20を上昇させてから、溶接電極22、22の間隔を外側溶接領域26同士の間隔に合わせてから、同じようにして外側溶接領域26の溶接を行えばよい。外側溶接領域26を溶接する場合には、電流は内側溶接領域24を溶接するときに較べて弱くすることが好ましい。
Next, when welding is performed on the
そして、隣のスリット14を溶接するには、捲回電極10ごと集電体12を60°回して、同様に溶接することができる。
And in order to weld the
このように、内側溶接領域24と外側溶接領域26とに二回に分けて溶接することにより、一回あたり溶接電極22により溶接される範囲には、スリット14の折り返し部15と、捲回電極10とが交差するところ、すなわち溶接ポイントの数が少なくなるので、一度に溶接する場合に較べて低電流で溶接できるとともに、各溶接ポイントの電流値のバラツキを小さくすることができる。
As described above, by welding the
さらに、内側溶接領域24を先に溶接する場合には、図3(a)に矢印で示すように、無効電流が流れる。その後、外側溶接領域26を溶接する場合にも、図3(b)に矢印で示すように、最初の内側溶接領域24で既に溶接された部分を通って同じような無効電流が流れることになる。つまり、外側溶接領域26の溶接では電流の流れる経路がスリット14で分断されず、内側溶接領域24を溶接するときと同じ程度に無効電流が流れるようになる。したがって、従来のようにスリット14を一度で溶接する場合と異なり、無効電流の大きな内側部分に合わせて溶接電流を大きくする必要がない。
Further, when the
したがって、一回当たりの溶接を低電流で行えるので、過剰な溶接電流が流れることなくスパッタの発生を抑制し、スパッタがセパレータに付着して穴があき不良品となることを防止できる。実際、一度に溶接する場合には、7割程度の確率でセパレータに穴があく不良品となったが、2度に分けて溶接することにより、ほとんどセパレータに穴があく不良品は発生しなかった。 Therefore, since welding can be performed at a low current per time, the generation of spatter can be suppressed without flowing an excessive welding current, and spatter can be prevented from adhering to the separator and causing a defective product. In fact, when welding at one time, it was a defective product with a hole in the separator with a probability of about 70%, but by welding twice, there was almost no defective product with a hole in the separator. It was.
第2実施形態
図4は、第2実施形態による捲回電極の溶接方法に用いる抵抗溶接機の溶接ヘッドを示す。
溶接電極30は、それぞれ正極、負極の一組の電極からなり、一対の溶接電極30は電極ホルダ21a、21bを介してヘッド本体20に取り付けられている。
Second Embodiment FIG. 4 shows a welding head of a resistance welder used for a wound electrode welding method according to a second embodiment.
The
この実施形態では、溶接電極30は、アルミナ分散銅を材料とする電極本体31aと、タングステン鋼を材料とするタングステン片31bとからなる。タングステン片31bは、電極本体31aにロウ付けにより接合されている。これにより、溶接電極の端面は、電極本体31aの端面とタングステン片31bの端面により2分されている。また、左右の溶接電極30は、タングステン片31b、31bが外側に向くようにヘッド本体20に取り付けられている。
In this embodiment, the
次に、以上のように構成される溶接ヘッドを用いて実施する溶接方法について説明する。
本実施形態では、図5に示すように、集電体12について、各スリット14に沿った溶接領域を分割せずに一度に溶接する。すなわち、左右の溶接電極30、30の間隔を、スリット14同士の間隔に合わせておき、溶接ヘッド20を降下させて溶接電極30、30を集電体12のスリットの両側縁部に押し付け電圧を印加し溶接を行う。
Next, the welding method implemented using the welding head comprised as mentioned above is demonstrated.
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
このとき、タングステン片31bは、アルミナ分散銅を材質としている電極本体31aよりも電気抵抗が大きいので、タングステン片31bが接触している部分、すなわち外側の溶接領域には、電極本体31aが接触している内側の溶接領域に較べて流れる電流の大きさは小さくなる。他方、外側領域は無効電流が小さく、内側領域は無効電流が大きいので、全体としてみれば、実際に溶接に関与する電流値は、位置によるばらつきがなくなる。このため、あらかじめスパッタが発生しない程度の適当な電流が流れるように溶接電極30に電圧を印加すれば、スパッタを発生させずに集電体12を溶接することができる。
At this time, since the
なお、電極本体31aに接合する金属小片には、タングステン鋼の他、ベリリウム鋼、モリブデン鋼などの材料も適用することができる。
In addition, materials, such as beryllium steel and molybdenum steel other than tungsten steel, can also be applied to the metal piece joined to the
第3実施形態
次に、本発明の第3の実施形態による捲回電極の溶接方法について図6、図7を参照しながら説明する。
図6は、第3実施形態による捲回電極の溶接方法に用いる抵抗溶接機の溶接ヘッドを示す。
Third Embodiment Next, a wound electrode welding method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 shows a welding head of a resistance welder used for the wound electrode welding method according to the third embodiment.
溶接電極40は、それぞれ正極、負極の一組の電極からなり、一対の溶接電極40を電極ホルダ21a、21bを介してヘッド本体20に取り付けている点は、第2実施形態と同様であるが、この第3実施形態では、アルミナ分散銅を材質として、図7に示すように横断面を台形とすることによって、熱容量を増加させている。
The
次に、以上のように構成される溶接ヘッドを用いて実施する溶接方法について説明する。
本実施形態では、左右の溶接電極40、40の間隔を、スリット14同士の間隔に合わせておき、溶接ヘッド20を降下させて溶接電極40、40を集電体12のスリット14の両側縁部に押し付け電圧を印加し溶接を行う。そして、電流が流れて集電体12が溶接される間、最低でも500(msec)好ましくは、それ以上の時間、溶接電極40、40を押さえ込んだままにしておく。
Next, the welding method implemented using the welding head comprised as mentioned above is demonstrated.
In the present embodiment, the interval between the left and
この間、溶接電極40は、通常の溶接電極よりもは熱容量を大きくしているので、発生した熱の一部を吸収して、過熱によるスパッタの発生を抑制することができる。
During this time, since the
2 正極板
4 負極板
6 セパレータ
10 捲回電極
12 集電体
14 スリット
15 曲折部
20 ヘッド本体
22 溶接電極
24 内側溶接領域
26 外側溶接領域
30 溶接電極
31a 電極本体
31b タングステン片
40 溶接電極
2 Positive electrode plate 4
Claims (7)
前記スリットに沿って溶接領域を略等分割し、
抵抗溶接機の溶接電極に、分割した各溶接領域に溶接範囲を限定する溶接端面を持つ溶接電極を用い、
スリット沿って前記溶接電極の位置を変えながら分割した溶接領域ごとに溶接することを特徴とする二次電池用捲回電極の溶接方法。 A method of welding a current collector having a plurality of radially extending slits to a wound electrode for a secondary battery in which a strip-like positive electrode plate and a negative electrode plate are spirally wound with a separator interposed therebetween by resistance welding Because
Divide the welding region approximately equally along the slit,
For the welding electrode of the resistance welder, use a welding electrode having a welding end face that limits the welding range to each divided welding region,
A welding method for a wound electrode for a secondary battery, wherein welding is performed for each welding region divided while changing the position of the welding electrode along the slit.
異なる電気抵抗の金属を組み合わせてなる溶接電極を用い、
内側の溶接領域に電気抵抗の高い方の金属を、外側の溶接領域に電気抵抗の低い方の金属を押し付け、
前記両方の溶接領域を同時に抵抗溶接することを特徴とする二次電池用捲回電極の溶接方法。 A method of welding a current collector having a plurality of radially extending slits to a wound electrode for a secondary battery in which a strip-like positive electrode plate and a negative electrode plate are spirally wound with a separator interposed therebetween by resistance welding Because
Using welding electrodes made by combining metals with different electrical resistances,
Press the metal with the higher electrical resistance against the inner welding area and the metal with the lower electric resistance against the outer welding area,
A welding method for a wound electrode for a secondary battery, wherein both the welding regions are simultaneously resistance-welded.
抵抗溶接機の溶接電極に熱容量の十分に大きな溶接電極を用い、
前記スリットに沿って溶接電極を押し付け、電圧を印加した後少なくとも500(msec)の間、前記溶接電極を押さえ込むことを特徴とする二次電池用捲回電極の溶接方法。 A method of welding a current collector having a plurality of radially extending slits to a wound electrode for a secondary battery in which a strip-like positive electrode plate and a negative electrode plate are spirally wound with a separator interposed therebetween by resistance welding Because
Use a welding electrode with a sufficiently large heat capacity for the welding electrode of the resistance welder.
A welding method of a wound electrode for a secondary battery, wherein the welding electrode is pressed along the slit and pressed down for at least 500 (msec) after applying a voltage.
前記スリットに沿って略等分割した溶接領域に溶接範囲を限定する溶接端面を有する一対の溶接電極と、
前記一対の溶接電極を保持するとともに、その間隔を調整可能なヘッド本体を有することを特徴とする抵抗溶接機の溶接ヘッド。 In order to weld a current collector having a plurality of radially extending slits by resistance welding to a wound electrode for a secondary battery in which a strip-like positive electrode plate and a negative electrode plate are wound in a spiral with a separator interposed therebetween In the resistance welding machine welding head,
A pair of welding electrodes having a welding end face that limits a welding range to a welding region substantially equally divided along the slit;
A welding head for a resistance welding machine, wherein the welding head has a head main body capable of holding the pair of welding electrodes and adjusting an interval between the electrodes.
異なる電気抵抗の2種類の金属を組み合わせてなる溶接電極を有し、前記スリットに沿った内側の溶接領域と外側の溶接領域とで接触する電極の端面が異なる金属からなることを特徴とする抵抗溶接機の溶接ヘッド。 In order to weld a current collector having a plurality of radially extending slits by resistance welding to a wound electrode for a secondary battery in which a strip-like positive electrode plate and a negative electrode plate are wound in a spiral with a separator interposed therebetween In the resistance welding machine welding head,
A resistance having a welding electrode formed by combining two kinds of metals having different electric resistances, and an end face of the electrode contacting the inner welding area and the outer welding area along the slit is made of different metals Welding head of welding machine.
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